[发明专利]基于增强现实与脑机接口的工业机器人轨迹规划方法在审

专利信息
申请号: 202210035064.X 申请日: 2022-01-13
公开(公告)号: CN114454163A 公开(公告)日: 2022-05-10
发明(设计)人: 徐文君;纪圳睿;刘泉;刘佳宜 申请(专利权)人: 武汉理工大学
主分类号: B25J9/16 分类号: B25J9/16
代理公司: 湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102 代理人: 刘秋芳;黄帅
地址: 430070 湖*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 基于 增强 现实 接口 工业 机器人 轨迹 规划 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于增强现实与脑机接口的工业机器人轨迹规划方法,包括:基于增强现实设备与脑机接口,感知操作人员的头部运动状态与脑电信号;构建工业机器人虚拟模型,并呈现在增强现实设备中,使其关节形位位于轨迹规划起点处;对脑电信号进行处理,识别操作人员不同类型自主性眨眼;根据操作人员不同类型的自主性眨眼信号与感知的操作人员的头部运动状态,建立脑机接口与增强现实设备的交互逻辑,实现增强现实场景下工业机器人的运动目标点选择、运动仿真预览以及轨迹修正,完成工业机器人的轨迹规划。本发明能够在无需机器人离线编程的条件下,为操作人员提供一种直接的、所见即所得的工业机器人轨迹规划接口,实现对机器人的轨迹规划。

技术领域

本发明属于轨迹规划技术领域,具体涉及一种基于增强现实与脑机接口的工业机器人轨迹规划方法。

背景技术

工业机器人现已成为实现智能制造的重要使能装备。传统的工业机器人调试方法受限于其人机接口,往往采用基于示教器的离线式编程方法,此方法效率较为低下且缺乏灵活性。增强现实技术被视为下一代的人机交互技术,可为用户带来直观、立体的视觉信息,如工业机器人的轨迹规划与运动仿真。同时,脑机接口作为一种可实现人与设备间的直接信息传输的技术,可作为头戴式增强现实设备的用户交互接口,从而实现自然、闭环的人机交互接口,为工业机器人现场、在线的轨迹规划与控制提供新的解决方案。

当前,随着脑电信号处理技术的不断发展,脑机接口现已可较为精准地识别出用户的不同类型的眨眼模式(包括自发性眨眼与自主性眨眼),但其能识别的类别较少;同时,现有的研究未考虑脑机接口的易用性与即插即用性,需要事先收集用户大量的脑电数据,难以应用于复杂的交互场景。

发明内容

针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种基于增强现实与脑机接口的工业机器人轨迹规划方法,灵活高效的实现工业机器人的轨迹规划。

为实现上述目的,本发明提供了一种基于增强现实与脑机接口的工业机器人轨迹规划方法,包括如下步骤:

1)工业机器人操作人员佩戴头戴式增强现实设备,并将EEG脑电信号电极附着于操作员前额的FP1电位与左右耳垂两个参考电位,构成脑机接口与增强现实一体的人机交互接口;

2)建立工业机器人虚拟模型,并在增强现实设备中进行呈现,使其与实际机器人重叠,确定起点;

3)建立操作员多类型自主性眨眼识别算法,实时监听操作员的自主性交互使能信号,即快速两次眨眼(双眨眼)bdouble与长时间闭眼(长眨眼)blong

4)根据识别到的交互使能信号与增强现实设备所捕捉到的头部运动信息,建立脑机接口与增强现实设备的交互逻辑,实现增强现实场景下的机器人运动目标点选择、运动仿真预览、轨迹修正,完成机器人的轨迹规划;

5)根据规划的轨迹控制机器人,实现机器人的轨迹规划与控制。

按上述方案,工业机器人虚拟模型的建立如下:

工业机器人虚拟模型包含三维可视化模型,运动学模型与逆运动学模型。以n个自由度的工业机器人为对象,根据其实际尺寸与几何参数,构建其n+1个连杆的三维可视化模型组件,并根据机器人的连杆-关节的连接属性,构建其整体的三维可视化模型;在此基础上,根据机器人的关节运动属性,构建其运动学模型,使其关节能以给定的位形进行正确的运动,并求解出其末端的位姿xeef=[r,p]∈SE(3),其中r表示末端姿态的旋转矩阵,p表示末端位置的位移矢量,SE(3)为特殊欧氏群;同时,根据机器人的D-H参数,构建其逆运动学模型,使其能求解出给定的末端位姿xeef所对应的关节位形q。

按上述方案,操作员多类型自主性眨眼识别算法的建立如下:

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